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如何成群的纳米机器可以提高任何机器的效率

2019-03-18 12:15:36来源:

所有机器都将一种形式的能量转换成另一种形式 - 例如汽车发动机将存储在燃料中的能量转化为运动能量。由热力学理论描述的那些能量转换过程不仅发生在大机器的宏观层面上,而且发生在驱动肌肉或代谢过程甚至原子水平的分子机器的微观层面上。 。卢森堡大学Massimiliano Esposito教授的研究小组研究了仅由少数原子组成的小纳米机器的热力学。在着名的科学期刊物理评论X上发表的一篇论文中,他们概述了这些小型机器如何协同运作。他们的见解可用于提高各种机器的能效,无论大小。

纳米技术的最新进展使研究人员能够以更小的尺度了解世界,甚至允许设计和制造极小的人造机器。“有证据表明这些机器比大型机器(如汽车)效率更高。但从绝对意义上说,与日常生活应用相比,产量较低,”Esposito研究组博士生Tim Herpich解释道。和论文的主要作者。“这就是为什么我们研究纳米机器如何相互作用并观察这些小型机器的组合如何表现的原因。我们想看看它们在协同作用时是否存在协同作用。”

研究人员发现纳米机器在某些条件下开始排列“群”,并使它们的运动同步。“我们可以证明机器的同步会引发显着的协同效应,因此整体能量输出远远大于单个输出的总和,”Esposito教授说。研究人员解释说,虽然这是基础研究,但本文概述的原则可能会用于提高未来任何机器的效率。

为了模拟和研究成群纳米机器的能量行为,科学家们创建了基于现有文献和实验研究成果的数学模型。